ИСТИНА

Наноструктурные материалы в настоящее время рассматриваются как перспективное направление в создании систем хранения водорода в связанном виде. Проект направлен на определение механизма взаимодействия водорода с интерметаллическими соединениями в неравновесном состоянии с помощью совокупности структурных, сорбционных и калориметрических методов. Материалы с нанокристаллической высокодефектной структурой будут получены путем высокоэнергетического механического воздействия на металлическую матрицу или предварительной температурной обработкой интерметаллида. Впервые для анализа механизма абсорбции/десорбции водорода будет использована методика калориметрического титрования, позволяющая получать значения энтальпий реакции в широком интервале температур и давлений как функцию содержания водорода в твердой фазе. Большая точность определения энтальпий взаимодействия ИМС—Н2 позволит выявить влияние состава и состояния микроструктуры сплава на процесс абсорбции/десорбции водорода. Будет проведена оценка эффективности применения интерметаллидов с высокой плотностью дефектов кристаллической структуры в качестве новых функциональных материалов в инновационных системах хранения и транспортировки энергетических газов.

Thermodynamic analysis of hydrogen interaction with (TiFe)100-xMx (M=Ni, Co, Nb) nanocrystalline intermetallic compound produced by mechanical alloying has been carried out using microcalorimetric titration technique.

1. Будет отработан и оптимизирован механохимический синтез нескольких трёхкомпонентных сплавов из ряда (TiFe)100-xMx (где M=Ni, Co, Nb) с различным содержанием легирующего компонента, подобрана скорость и время помола для получения однофазных образцов. Образцы также будут синтезированы методом традиционного сплавления. 2. Будет проведен рентгенофазовый анализ исходных образцов и образцов на разных стадиях гидрирования, будет определено увеличение объема решетки интерметаллида в зависимости от содержания и природы легирующего компонента, а также последующее расширение решетки в процессе поглощения водорода. Будут рассчитаны ОКР и концентрации микронапряжений, проведена электронная микроскопия. 3. Будут построены изотермы абсорбции/десорбции синтезированных разными методами трехкомпонентных образцов из ряда (TiFe)100-xMx (где M=Ni, Co, Nb) при нескольких температурах в широком диапазоне давлений. 4. Будут проведены калориметрические исследования взаимодействия водорода с полученными в первый год образцами методом дифференциальной теплопроводящей микрокалориметрии Тиана-Кальве. Будут построены зависимости теплоты взаимодействия водорода с образцами от степени гидрирования, проанализирована динамика гидрирования и дегидрирования каждого образца. 5. Полученные за первый год структурные, водородсорбционные, калориметрические данные для изучаемых образцов будут проанализированы, определено влияние метода синтеза интерметаллида, а также природы и количества легирующего компонента в нем на взаимодействие с водородом.

Авторский коллектив имеет многолетний опыт исследования взаимодействия водорода и других газов с материалами разной природы: интерметаллическими соединениями, металл-органическими каркасными полимерами, композитами. Для синтеза наноструктурных высокодефектных интерметаллических соединений авторами успешно применяется как метод механической активации, так и механохимического синтеза. Мы обнаружили явление упорядочения водородом в соединениях на основе LaNi5 с соотношением атомов переходного металла 2 к 3 и изучили его с помощью метода микрокалориметрии Тиана-Кальве. Влияние природы и количества введенного в нанокристаллические интерметаллиды третьего компонента было исследовано структурными методами, были построены изотермы сорбции/десорбции водорода. Калориметрические данные были успешно применены нами при изучении механизма взаимодействия водорода с интерметаллическими соединениями, полученными различными методами синтеза. По экспериментальному графику зависимости энтальпий сорбции/десорбции от содержания водорода в твердой фазе однозначно можно судить о границах фазовых областей, их изменении вследствие высокоэнергетической механообработки, о равновесности процесса взаимодействия с водородом в различных областях фазовой диаграммы. Метод микрокалориметрии помог выявить механизм адсорбции водорода, метана и углекислого газа металл-органическими каркасными полимерами. Интерпретация полученных экспериментальных данных по сорбции и микрокалориметрии позволила сделать вывод о последовательности внедрения молекул водорода в пористую матрицу каркаса, активности центров адсорбции для молекул водорода, а также получить величины теплот адсорбции различных газов.